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絛蟲能告訴我們的事:人類是何時開始吃肉的?——《與達爾文共進晚餐》

天下文化_96
・2019/03/11 ・2966字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 485 ・五年級

吃肉有益健康!連老祖先露西的親戚都知道

吃肉,這項行為影響了我們的演化。我們從人族聚會中,知道了人類的祖先是怎麼開始吃肉,成為雜食動物。三百三十萬年前,在我們老祖先露西的家鄉衣索比亞,有個人類親戚使用石器,把動物的肉從骨頭上切下來。

圖/pxhere

這個人類親戚可能和露西一樣,屬於阿法南猿。有人認為,阿法南猿這種人族動物是人屬的直屬祖先。顯然她和我們一樣,是雜食動物,吃肉也吃植物。

人類食物中,蛋白質最豐富的就是肉類和魚類,能夠提供人類必需的胺基酸,人類的身體組織無法自行製造這些胺基酸。

蛋白質最豐富肉類和魚類,能提供人類所無法自行合成的胺基酸。圖/pixabay

肉類同時也提供其他重要的營養成分,讓我們的飲食均衡,這些成分光靠植物很難攝取到適當的分量,包括維生素 B12,以及多元不飽和脂肪酸,這類脂肪酸對於腦部和其他組織的發育非常重要。

經由仔細挑選食物組成的素食飲食,當然也能夠維持人體健康,但是完全沒有肉類成分的素食飲食需要費心調整,才能夠含有人類需要的全部營養,這顯示了人類本來就是雜食動物。

素食飲食需要費心調整,才能夠含有人類需要的全部營養。圖/publicdomainpictures

人類畜養來取得肉類的動物,包括現在關在圍欄、房舍、籠子中大規模飼養的牲畜家禽的祖先,牠們在馴化之前,都是人類得在野外獵捕的動物。該是時候來談談牠們的演化故事,以及人類對牠們造成的重大影響。

從獵捕發展畜牧的過程中,石器不是唯一的證據。還有來自人類身體內部的實證:絛蟲。

有絛蟲從生肉來:寄生蟲是人類開始吃肉的證據

成年的絛蟲生活在動物的腸子中,日子過得非常輕鬆,食物會自動送到家門口,每天不是閒晃,便是產卵。但是對於所有的寄生生物來說,重要的是,讓產下的卵能夠找到新的宿主加以感染。絛蟲採用的方法是:

切入宿主的食物鏈中,感染宿主所吃的動物。

有三種絛蟲會感染人類,分別是來自牛的無鉤絛蟲(Taenia saginata),以及來自豬的亞洲絛蟲(T. asiatica)與無鉤絛蟲(T.solium)。絛蟲幼蟲會鑽入牛或豬的肌肉中,我們如果吃了有絛蟲幼蟲的肉,便會受到感染。只有吃肉的動物才會感染到絛蟲,絛蟲幼蟲要被吃肉的動物吃下肚,才能夠完成生活史。

絛蟲幼蟲會鑽入牛或豬的肌肉中,我們如果吃了有絛蟲幼蟲的肉,便會受到感染。圖/wikipedia

牛和豬都是經過馴化的動物,我們往往會認為從牛、豬那裡感染到絛蟲,是在一萬二千到一萬年前才開始的,因為那個時候人類才開始有農業。不過演化分析發現,人類和這些寄生蟲在幾百萬年前就有關連了,而不是一萬年前。

無鉤絛蟲和亞洲絛蟲的共同祖先源於非洲,會感染羚羊和獅子,在兩者之間循環。這意味著,感染人類的這兩種絛蟲的祖先,在人類祖先吃獅子的獵物時,便移居到人類身上了。原本在獅子和羚羊之間完成生活史的絛蟲,大約在二百五十萬到二百萬年前,可以在人類與羚羊之間完成生活史,這指出人類祖先在那之前已經常吃肉了。

絛蟲的頭部。圖/wikipedia

人類祖先受到絛蟲感染一段時間後,可能是在一百七十萬年前,這種絛蟲分成了兩個物種:無鉤絛蟲和亞洲絛蟲。我們並不清楚這樣的分開(稱為「種化」)是怎樣發生的,不過這兩種絛蟲的另一個宿主不一樣了,可能是因為在生活史走不同的路徑,一種進入牛,另一種進入豬,讓絛蟲能夠適應在不同宿主感染並生存的需求。

針對人類絛蟲的種化過程進行演化分析,能夠讓我們知道當時人類飲食的一些事情。例如這個種化事件如果發生在直立人中,那麼當時他們除了吃羚羊之外,是否開始拓展當成食物的物種,也吃野豬了?或是吃不同動物的不同直立人族群,後來彼此交互傳染了?

可能是在一百七十萬年前,絛蟲分成了兩個物種:無鉤絛蟲和亞洲絛蟲,一種進入牛,另一種進入豬。圖/pixabay

第三種絛蟲是無鉤絛蟲,這種絛蟲和另一種在鬣狗體內的絛蟲有共同祖先。人類最初受到這種絛蟲感染的模式,和受到其他絛蟲感染的模式很類似,就是在非洲莽原上的遠古祖先,開始吃鬣狗的獵物。人類現在因為吃豬肉而會感染到的另一種腸道寄生蟲:旋毛蟲(Trichinella spiralis),也在從前以相同的模式演化成開始感染人族物種。

第三種絛蟲是無鉤絛蟲,這種絛蟲和另一種在鬣狗體內的絛蟲有共同祖先。圖/pxhere

人類祖先最早嘗到的肉,可能來自於鬣狗和獅子殺死的獵物,然後人族祖先揮舞著石頭製成的武器,甚至是火把,趕走鬣狗和獅子,把獵物偷走。不論人族是怎樣開始吃肉的,吃肉使得人類和被吃的獵物之間的關係愈來愈近,最後人類圈養了牛和豬,並且馴化牠們。

人類和三種感染人類的絛蟲有非常久遠的演化關係,因此是人類讓馴養的牛和豬受到這些寄生蟲的感染,而非牛和豬讓人類受到感染。

對抗絛蟲感染:第一是保持衛生,不讓豬或牛接觸到含有絛蟲卵的人類糞便,打斷絛蟲的生活史。第二是烹煮,能夠破壞肉裡面有感染能力的幼蟲。圖/pixabay

避免絛蟲危機,我們可以怎麼做?

對抗絛蟲有兩個方式:

保持衛生

不讓豬或牛接觸到含有絛蟲卵的人類糞便,這樣可以打斷絛蟲的生活史。

烹煮,能夠破壞肉裡面有感染能力的幼蟲。

如果你喜歡吃接近生的肉,那麼就要依賴食物供應過程中確保衛生,以及屠宰場要檢查肉類,才能避免受到絛蟲和旋毛蟲的感染。

無鉤絛蟲和人類的長久關係,在牠們身上留下了遺傳記號,這個記號似乎讓寄生蟲演化出耐煮的特性。包括人類在內,細胞中擁有熱休克蛋白,這種蛋白質能夠保護細胞免於溫度突然上升所造成的傷害。無鉤絛蟲的基因組中,負責製造熱休克蛋白的基因多到異常,可能是為了在面對熱衝擊時有堅強的保護,感染野生動物的絛蟲就沒有那麼多熱休克蛋白基因。

熱休克蛋白,能夠保護細胞免於溫度突然上升所造成的傷害。圖/pixabay

人類很有可能是在一百五十萬年前開始烹煮食物,如果是這樣,絛蟲增加熱休克蛋白的演化趨勢,可以想成是為了讓肉中有感染能力的個體,有更多機會熬過烹煮、傳遞下去,完成生活史。

本文摘錄自《與達爾文共進晚餐》,2018 年 10 月,天下文化出版

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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鱸魚精有抗疲勞的健康食品認證!累了可以依靠它嗎?自己在家也可以做嗎?
Evelyn 食品技師_96
・2023/01/18 ・3212字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

有沒有聽過開刀手術、懷孕生產過後要喝一碗鱸魚湯補身體呢?每當有親友開完手術時,通常會燉煮一鍋鮮美的鱸魚湯,期望讓術後的患者能快速癒合傷口,恢復元氣[1]

不過現在市面上已經有「鱸魚精」這樣方便又營養的產品,讓消費者免去熬煮魚湯的麻煩,即開即飲,這跟一般在家做的滴魚精有什麼不同呢?

金目鱸魚,其體背與各鰭皆為褐色,腹部為淡褐色,尾鰭圓形不分叉,可用來製造鱸魚精。圖 / 農委會

在家做的滴魚精和工廠做的鱸魚精之差異

一般在家裡自製的滴魚精,不外乎就是將魚肉放進密閉容器中,以類似蒸箱的方式加熱,讓這些肉滴出具有營養價值的精華——蛋白質和少量支鏈胺基酸(branched-chain amino acid, BCAA)。

支鏈胺基酸包含纈胺酸(valine)、白胺酸(leucine)及異白胺酸(isoleucine),是骨骼肌主要胺基酸成分,也是重要的能量來源。補充支鏈胺基酸除了可延長肌肉耐力外,亦能促進肌蛋白合成並減少分解作用,有助於組織建構及修復[2]

魚肉雖然是優質的蛋白質來源,但大分子蛋白質還是必須經過胃腸道消化,分解成小分子胺基酸才能被身體吸收。

所以飲用魚精,能讓無法正常咀嚼、飲食,僅能飲用流質食物的人,或是對蛋白質、胺基酸有額外需求者(例如消化功能不良、大手術病患、懷孕等),得以迅速補充營養。

但其實滴魚精的支鏈胺基酸含量並不如一般市售的鱸魚精來得多。因一般市售的鱸魚精的加工方式更為嚴苛,能夠從肉中萃出更多的支鏈胺基酸及胜肽。

那麽鱸魚精是用什麼特殊加工技術製造的呢?

自家製與工廠製的鱸魚精,作法差在哪裡呢? 圖/GIPHY

超高壓加工所萃出的支鏈胺基酸含量可提高十倍

鱸魚精產品以「品純萃」為例,其採用「超高壓加工[註]輔助酵素水解法」,將處理好的鱸魚肉放入密閉的軟性包材中,加入蛋白分解酵素,同時對它施加 0.2~400 MPa 的壓力(近 4,000 大氣壓)。

如此極大的壓力,增加了酵素與蛋白質的作用及水解效果,使鱸魚精中游離支鏈胺基酸的含量提高至 279 mg / mL。

相較於傳統熱萃取的方式(也就是在家自製的方式)僅能萃出 21 mg / mL 的游離支鏈胺基酸,超高壓加工輔助酵素水解法約提高 10 倍的營養成分萃取,使原料的利用率與產率大幅提升[3, 4, 5]

而這項優秀的萃取技術已經完成了專利申請。

雞精也是似類似的道理,雖然沒有用到 HPP 技術,但它也是透過長達 10 小時「高溫高壓」的隔水蒸煮,將雞肉中長鏈的蛋白質,轉化為人體易吸收的支鏈胺基酸和小分子胜肽[6]

這些嚴苛的加工條件,不是在家自己 DIY 能夠輕易達成的。

白蘭氏有公開其製造加工雞精的流程影片,可點下方的影片直接觀看。

白蘭氏雞精製作過程。/ YouTube

鱸魚精和雞精的營養差異

所以喝魚精或雞精,主要就是在補充支鏈胺基酸,有助於減少運動所產生之身體疲勞。除了可延長肌肉耐力外,亦可降低運動後會造成疲勞的血液生化指標,如肌酸激酶活性、乳酸去氫酶活性及乳酸等,以維持較佳的運動表現[7]

當然上述兩項產品皆通過健康食品「抗疲勞」認證,擁有小綠人標章,筆者依衛生福利部審核通過之健康食品資料查詢,將擁有健康食品認證的鱸魚精與雞精做個比較。

其中雞精除了抗疲勞,還多了一項免疫調節的保健功效,研究發現,支鏈胺基酸也有助於促進免疫細胞增生的功能,或促進吞噬細胞及自然殺手細胞的活性[2]

不過,根據 110 年「超高壓輔助鱸魚副產物之發酵水解物對調節血壓功能性與產品開發的評估」報告,超高壓加工輔助商業酵素水解發酵鱸魚副產物經動物試驗及體外試驗的結果顯示,具有調節高血壓的效果[8]

所以這些蛋白質水解物不只可抗疲勞,還具有免疫調節或調節高血壓的功效,說不定鱸魚精未來還會再多一項「輔助調節血壓功能」的健康認證。

品純萃鱸魚精(左)和白蘭氏雞精(右)的營養標示,兩者皆標示出保健功效之相關成份含量。圖 / 品純萃大買家

哪些人不適合喝魚/雞精?

魚 / 雞精雖然是健康食品,可以補充營養和體力,但衛生福利部食品藥物管理署不建議以下 4 類族群天天飲用:

  1. 慢性腎臟病患者:魚/雞精內含豐富鉀離子與蛋白質,可能加重腎臟負擔。
  2. 高血壓患者:魚/雞精的鈉含量可能偏高,易造成血壓升高。
  3. 痛風患者:魚/雞精屬普林類食品,可能易導致尿酸升高,不利於痛風控制。
  4. 楓糖尿症患者:此種罕見疾病無法代謝支鏈胺基酸,魚/雞精內所含胺基酸可能導致疾病惡化[9]

我有需要喝魚/雞精嗎?

對於健康的人來說,吃魚/雞肉當然比喝魚/雞精更營養。

以蛋白質為例,鱸魚每 100 克有 20 克的蛋白質,魚精則約含有 2.5 克左右;而去皮的雞胸肉每 100 克有 22 克的蛋白質,雞精則約含有 8 克左右,肉的蛋白質含量會比「魚/雞精」高得多。

且吃魚/雞肉可攝取到更多元的胺基酸、維生素 B 群和鐵等更多成分,營養會更完整且更美味。

若覺得疲累,喝「魚/雞精」或許有助於改善疲勞,但如果是長期工作壓力累積的的疲勞,喝「魚/雞精」只能治標,不治本,還是得改變不良的生活習慣才能有效改善疲勞喔!

註解

超高壓加工(high pressure processing, HPP):包括動態高壓加工(High Dynamic Pressure Processing, HDPP)與高靜水壓加工(high hydrostatic pressure processing, HSPP)技術。

前者是運用衝擊波使加工原料更為均勻細碎化;後者是以水作壓力介質對原料進行加壓作用。屬非熱加工技術,優點在於食品風味不會受到高溫破壞,與新鮮原料較為相近,也具殺菌的效果。

目前全球已開發應用的產品包括肉製品、果汁和飲料、蔬菜製品、水產品等種類,但因高壓加工的成本遠高於熱加工技術,故在商業化應用的進展較為緩慢[10]

參考資料

  1. 行政院農業委員會,2009。追溯鱸魚補身的秘密。食農教育資訊整合平臺
  2. 黃桂英、洪可珎、田宛容,2019。雞精~真「滴」營養嗎?。國泰綜合醫院營養通訊 108,1-4
  3. 食力 foodNEXT,2021。【食聞】什麼是「HPP」技術?用來製作鱸魚精,竟能保存更多營養?
  4. 林雨欣、李季樺、林家驊、顏薏貞、莊曜陽、陳冠文,2017。水產食品中超高壓加工技術的應用與發展現況。海大漁推 47,17-32。
  5. 金利食安科技股份有限公司,2017。專利編號 TW I600379 B。臺北市:經濟部智慧財產局。
  6. 白蘭氏,雞精製作過程
  7. Coombes, J. S. and McNaughton, L. S. 2000. Effects of branched-chain amino acid supplementation on serum creatine kinase and lactate dehydrogenase after prolonged exercise. Journal of sport medicine and physical fitness 40: 3 240.
  8. 陳冠文,2022。超高壓輔助鱸魚副產物之發酵水解物對調節血壓功能性與產品開發的評估。計畫編號 MOST 108-2221-E-019-040-MY3。臺北市:國家科學及技術委員會。
  9. 衛生福利部食品藥物管理署,2018。送長輩滴雞精,真能讓他們「補身體」嗎?。食藥好文網。
  10. 吳思節、劉育姍、徐源泰,2021。新型態高壓加工技術-蔬果產品加值應用之新契機。農業科技決策資訊平台
Evelyn 食品技師_96
18 篇文章 ・ 13 位粉絲
一名食品技師兼研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確知識!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁喔!https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421

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環境 DNA 猛獁象現蹤,化石消失幾千年後才真正滅團?
寒波_96
・2023/01/13 ・3572字 ・閱讀時間約 7 分鐘

一萬多年前冰河時期結束後,許多地方的生態系明顯改變,例如歐亞大陸和美洲的猛獁象都滅絕了,僅有少少倖存者,殘存於北冰洋的小島一直到 4000 年前。

上述認知來自對化石遺骸的判斷,可是最近由環境沉積物中取樣古代 DNA 分析,卻指出猛獁象等幾種生物,在亞洲和美洲大陸其實又延續了好幾千年。這些證據可靠嗎,猛獁象到底什麼時候滅絕?

距今 200 萬前的格陵蘭,生態想像圖。圖/Beth Zaikenjpg

古時候的環境 DNA,創下 200 萬年紀錄

DNA 原本位於生物的細胞之內,生態系中有很多生物,時時刻刻留下各自的 DNA,從土壤、水域等來源取樣分析所謂的「環境 DNA」(environmental DNA,可簡稱為 eDNA),能得知環境中包含哪些生物。

如果環境樣本能保存成千上萬年,那麼定序其中的 DNA 片段,再加上化石、花粉等不同線索,便有希望窺見古時候的生態系。

威勒斯勒夫(Eske Willerslev)率領的一項研究,藉由此法重現來自格陵蘭沉積層,距今 200 萬年之久的 DNA 片段,2022 年底發表時成為年代最古早的 DNA 紀錄,也得知當年存在格陵蘭的眾多植物與動物。[參考資料 5]

最出乎意料的莫過於乳齒象(mastodon),由於缺乏化石,古生物學家一直認為那時候的乳齒象,並未棲息於這麼北的地帶,此一發現充分展示出古代環境 DNA 的價值。然而 DNA 的探索範圍也明顯有侷限,例如該地區出土超過 200 個物種的昆蟲化石,DNA 卻只能偵測到 2 種。

猛獁象化石無存後幾千年,依然有留下 DNA

當時間尺度是百萬年時,實際是 200 萬 3300 年或是 199 萬 8700 年,也就是 200.33 或 199.87 萬,幾千年的誤差範圍無關緊要。但是當探討對象是最近一萬年,猛獁象的 DNA 究竟存在於 9000 或 6000 年前,意義就差別很大。

這兒的「猛獁象」都是指真猛獁象(woolly mammoth,學名 Mammuthus primigenius)。由另一位古代 DNA 名家波因納(Hendrik Poinar)和威勒斯勒夫各自率隊,同在 2021 年底發表的論文獲得類似結論:猛獁象化石消失的幾千年後,沉積物中仍然能見到 DNA,可見還有個體又存續幾千年。[參考資料 1, 2]

威勒斯勒夫主導論文的取材地點。以北極為中心,視角和台灣人習慣的地圖很不一樣。圖/參考資料 2

波因納率領的研究探討白令東部,也就是如今加拿大的育空地區,距今 4000 到 3 萬年前的沉積層;結論是原本認為早已消失的美洲馬、猛獁象,一直延續到 5700 年前。威勒斯勒夫戰隊取材的地理範圍廣得多,包括西伯利亞西北部、中部、東北部、北美洲、北大西洋,判斷猛獁象生存到 3900 年前。

更詳細看,威勒斯勒夫主導的論文指出,猛獁象在西伯利亞東北部最後現蹤於 7300 年前,西伯利亞中北部的泰梅爾半島(Taimyr Peninsula)為 3900 年前,此一年代和北冰洋的外島:弗蘭格爾島(Wrangel)之化石紀錄相去不遠。而北美洲則是 8600 年前,比波因納戰隊的 5700 年更早。

如果兩隊人馬的判斷都正確,意思是猛獁象(與某些大型動物)在北美洲延續到 5700 年前,在亞洲大陸與外島到 3900 年;比起當地出土最晚化石的時間,皆更晚數千年。

只有 DNA 不見化石,會不會是死掉好幾千年仍一直外流 DNA?

根據化石紀錄,冰河時期結束後,仍有少少生還的猛獁象在弗蘭格爾島一直延續到 4000 年前。由此想來,當大多數同類已經滅團時,某些地點還有孤立的小團體延續,並不意外。只是我們不見得能見到化石。

然而,威勒斯勒夫主導的論文受到挑戰。質疑者提出,猛獁象這類動物住在寒冷的環境,去世後遺體如果被冷凍保存,又持續緩慢解凍,在接下來的幾千年便有可能不斷釋出新鮮的 DNA,讓我們誤以為仍有活體。[參考資料 3]

舉個極端狀況。假如 2 萬年前死亡的猛獁象,去世後一直冷凍在冰層中,現在被我們取出解凍,也許其中仍保有不少生猛 DNA,可是實際上牠已經去世很久了。

上述質疑,應該是這類研究手法共通的潛在問題。發生在一百萬年前無關緊要,一萬年內卻會導致不小的誤判。

喔~~喔喔~~喔喔~~喔喔~爪爪

距今 1 萬多年前的育空,生態想像圖。圖/Julius Csotonyi

化石消失的時刻,往往比生物滅團更早

威勒斯勒夫戰隊則回應表示:論文結論沒有問題,沈積層中取得的古代 DNA 確實來自那時在世的動物。我覺得不論觀點是否正確,回應的思路都值得瞧瞧。[參考資料 4]

為什麼動物依然存在時,見不到當時的化石紀錄?主因是動物去世後,只有極低比例的個體會變成化石。一種動物在滅團以前,通常個體數目持續降低,少到一個程度後,還能留下化石的機率已逼近 0 。所以化石紀錄最後的時間點,早於動物實際消失的年代。

和化石相比,動物遺留 DNA 的機率遠高於化石。活生生的動物就會持續排放 DNA,死亡身體分解後又會釋出不少; DNA 未必會留在原本生活的地點,不過如今的偵測技術足夠敏銳,即使只有幾段也有機會抓到。

猛獁象,活的!

是否有可能,猛獁象去世幾千年仍持續釋出 DNA 片段?的確無法排除可能性。不過這項研究中有 4 個方向,支持沉積層之 DNA 源於族群規模大減,卻依然活跳跳的猛獁象。

不同時間,各地猛獁象的粒線體 DNA 型號。可以看出趨勢是,猛獁象分佈的範圍愈來愈窄,遺傳型號也愈來愈少。圖/參考資料 2

第一,如果環境中的 DNA 來自死亡多時的動物,那麼各地區應該都會見到類似現象。實際上只在少部分取樣地點偵測到。

第二,假如猛獁象遺骸緩慢分解,DNA 持續進入沉積層,同一地點的不同取樣應該都能見到。可是同一處地點,只有少數樣本能抓到猛獁象 DNA。

第三,不同沉積層取得的環境樣本,包含當時生態系中很多生物的 DNA。存在猛獁象 DNA 的樣本,也能見到適合猛獁象生態系的其他植物;表示猛獁象的命運,很可能與適合牠們生活的環境同進退。

第四,倘若較晚沉積層的猛獁象 DNA,直接源自較早去世的個體,遺傳多樣性應該不會變化。然而較晚出現的粒線體型號明顯變少,後來只剩下一款。

實際狀況沒人可以肯定。我覺得前三點,都涉及樣本保存的潛在問題,干擾因素較多。第四點大概是最有力的證據,支持環境沉積物中留下的 DNA 並非源於死象遺骸,而是活體猛獁象。

研究日新月異,腦袋也要趕上

科學研究日新月異,不少人見到論文寫什麼就信以為真,卻不了解做研究其實有很多限制,即使是結論「正確」的論文,也會處處碰到解釋的侷限。

持續搜集證據,反覆思考才能進步。腦袋要靈活運用,但是也不要胡亂腦補!

延伸閱讀

參考資料

  1. Murchie, T. J., Monteath, A. J., Mahony, M. E., Long, G. S., Cocker, S., Sadoway, T., … & Poinar, H. N. (2021). Collapse of the mammoth-steppe in central Yukon as revealed by ancient environmental DNA. Nature Communications, 12(1), 1-18.
  2. Wang, Y., Pedersen, M. W., Alsos, I. G., De Sanctis, B., Racimo, F., Prohaska, A., … & Willerslev, E. (2021). Late Quaternary dynamics of Arctic biota from ancient environmental genomics. Nature, 600(7887), 86-92.
  3. When did mammoths go extinct?
  4. Reply to: When did mammoths go extinct?
  5. Kjær, K. H., Winther Pedersen, M., De Sanctis, B., De Cahsan, B., Korneliussen, T. S., Michelsen, C. S., … & Willerslev, E. (2022). A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature, 612(7939), 283-291.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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